Ви є тут

Гідромеханічне та електричне моделювання процесів передачі та перетворення акустичних сигналів у завитці органа слуху

Автор: 
Попов Юрій Васильович
Тип роботи: 
Дис. докт. наук
Рік: 
2003
Артикул:
0503U000542
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
КОНЦЕПТУАЛЬНІ ПІДХОДИ ДО ВИРІШЕННЯ ПРОБЛЕМИ
ПЕРЕДАЧІ ТА ПЕРЕТВОРЕННЯ АС В ЗАВИТЦІ
2.1. СС як сенсорна система
Для СС, як приймального пристрою [81], стимулом (чи вхідним сигналом) є АС,
тобто механічна енергія, яка в середовищі передається пружним чередуванням зон
стискування та розрідження [7,27]. В свою чергу, по виду енергії, яка
передається та перетворюється в СС, її можна розділити на дві частини. В одній
частині (від зовнішнього вуха і до волоскових клітин) АС передається у вигляді
механічної енергії, в другій (від волоскових клітин до місця кінцевого
сприйняття) – у вигляді електрохімічної енергії потенціалів дії в нейронній
мережі СС (тобто межею розподілу між двома частинами є волоскові клітини органа
Корті в завитці).
В той же час, структурні елементи СС від зовнішнього вуха і по стремено є
акустичним трансформатором для узгодження імпедансів оточуючого повітряного
середовища та рідинного середовища завитки [9,85] і в широкій смузі частот (від
20 Гц до 20 кГц [81]). Є характерним те, що всі елементи цього тракту передачі
АС мають свої власні резонансні частоти, тобто ланцюг “мушля зовнішнього вуха –
зовнішній слуховий прохід – барабанна перетинка – молоточок – ковадло –
стремено” є послідовною низкою резонансних елементів, внаслідок чого
периферична частина СС має досить малі розміри.
Окрім цього, застосування резонансних елементів на вході СС дало можливість
збільшити співвідношення корисного сигналу до шуму (за рахунок добротності
резонансних елементів, як в радіоприймальних пристроях [29]), а також ввести
елементи автоматичної регуляції коефіцієнта передачі АС цього тракту зміною
натягу барабанної перетинки та кута повороту стремена (від чого залежить
величина площі стремена, через яку АС надходить в завитку [10,27,90]).
Таким чином, на всьому шляху від зовнішнього вуха до завитки Природа
застосувала резонанс для отримання якнайбільшої чутливості і в широкому
діапазоні частот, а тому видається дуже дивним, що в самій завитці Природа
відмовилась від резонансу і подальша передача АС здійснюється біжучою хвилею
деформації БМ, особливо приймаючи до уваги, що ця хвиля неминуче повинна
згасати при своєму розповсюдженні вздовж БМ за рахунок втрат енергії на
внутрішнє тертя в матеріалі БМ. Це здається дуже сумнів­ним, тому розглянемо
більш детально деякі елементи теорії біжучих хвиль Бекеші і технології
проведення експериментів, які викликають сумніви щодо їхньої правомірності.

2.2. Аналіз деяких елементів теорії біжучих хвиль
2.2.1. Можливі помилки в припущеннях та дослідах Бекеші
Настільки простими, логічними та гармонійними видаються про­цеси згідно з
резонансною теорією, настільки ж викликають невпевненість елементи теорії
біжучих хвиль, починаючи з технології проведення досліджень, які підтверджують
її існування. Але біжучу хвилю на власні очі спостерігали цілий ряд дослідників
гідро­механіки завитки; ця теорія є загальновизнаною в світі. Тож спро­буємо
виділити і проаналізувати деякі елементи теорії біжучоі хвиль, які викликають
сумнів.
Перш за все варто звернути увагу на те, що згідно з теорією біжучих хвиль АС в
завитці відразу передається від стремена на базальну частину БМ, утворюючи на
ній прогин, деформацію БМ, фронт якої внаслідок змінної погонної структури БМ
починає рухатись в бік гелікотреми у вигляді біжучої хвилі. Постає запитання:
чому коливання стремена не утворюють фронт тиску в перилімфі вестибулярного
каналу і чому цей фронт тиску згідно з законом Паскаля ("тиск рідини у всі боки
однаковий" [30,85]) не розповсюджується зі швидкістю звуку в рідині (перилімфі)
вздовж завитки до гелікотреми? Цьому процесові нічого не заважає, але чо­мусь
всі дослідники гідромеханіки завитки проігнорували його.
З іншого боку, з"являється і інше запитання: чому тоді При­рода, дії якої
ніколи не викликають сумнівів в їхній доцільності та достатності, не створила
прямий безпосередній зв"язок (кон­такт) між стременом та базальною частиною БМ,
наприклад, у виг­ляді жорсткого містка чи важільця між стременом та БМ, щоб
коли­вання стремена без втрат передавались би БМ? Логічної відповіді на обидва
запитання (згідно з теорією біжучих хвиль) не знахо­димо.
В той же час, процеси передачі АС в завитці згідно з резо­нансною теорією не
спричиняють появи якихось запитань - все здій­снюється просто і узгоджено. При
коливанні стремена в перилімфі утворюється фронт тиску, який згідно з законом
Паскаля зі швидкіс­тю звуку в перилімфі (як у морській воді, тобто, 1450 м/с
[38]) розповсюджується вздовж завитки. Через приблизно 23 мкс цей фронт тиску
буде прикладений до всієї поверхні БМ. Яка ділянка БМ поч­не прогинатись першою
і буде коливатись з найбільшою амплітудою? Очевидно, та ділянка, механічний
опір якої цьому фронту тиску буде най­меншим, а найменшим цей опір буде в тому
місці БМ, власна часто­та коливань якої буде дорівнювати частоті коливань
стремена чи АС (тобто, буде спостерігатися резонанс, а при резонансі опір
коливального контуру найменший, бо при резонансній частоті коли­вань найменші
втрати енергії на внутрішнє тертя та розсіювання [18).
Тиск фронту збудження від стремена буде діяти через поверх­ню БМ на перилімфу
барабанного каналу і внаслідок нестискуваності перилімфи і жорсткості стінок
завитки буде діяти на еластич­ну мембрану круглого вікна. Коливання мембрани
круглого вікна компенсує зміни об"єму перилімфи внаслідок дії фронту тиску зі
стремена. Чим нижча частота АС, тим далі до гелікотреми будуть спостерігатись
резонансні явища і на частотах менше 16 - 20 Гц (білянульові частоти)
резонансних явищ на БМ не буде, а буде просте "переливання" перил